Movimiento de cuerpos r

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Determinación de la constante de Planck
Radiación del cuerpo negro.
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Obs. 1900
Cuando se eleva la temperatura de un objeto, este
emite radiación electromagnética.
P. N. 1918
Primero se pone rojo, después cada vez más blanco
b. 1858d. 1947
Berlin University Berlin, Germany
"in recognition of the services he rendered to
the advancement of Physics by his discovery of
energy quanta"
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Determinación de la constante de Planck
La envolvente de las curvas, es la respuesta del
mejor emisor a la temperatura del experimento.
Si se analiza la intensidad de radiación emitida
en función de la longitud de onda, se obtienen
curvas de este tipo
El cuerpo negro es el emisor ideal, también es el
absorbente ideal.
Las poderes de emitancia y absorbancia de los
objetos coinciden.
Toda la radiación que incide sobre el cuerpo
negro es absorbida, no tiene chance de ser
reflejada
Un ahujero en una pared es un cuerpo negro ideal.
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Determinación de la constante de Planck
El espectro de longitudes de onda solo depende de
T.
Se trabajó mucho sobre este tema durante la
segunda mitad del siglo XIX.
Un problema interesante, las propiedades de la
radiación eran independientes de la constitución
química de las paredes del horno, de la
geometría de las mismas, o de cualquier cosa que
estuviera adentro.
Termopila
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Determinación de la constante de Planck
Si uno estudia la distribución espectral puede
obtener resultados como estos.
De estas observaciones se siguieron dos
resultados importantes, que se pudieron deducir a
partir del electromagnetismo y de la
termodinámica.
Ley de Stephan
1879
1896
Ley de desplazamiento de Wien.
P. N. 1911
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Espectro Electromagnético
400 nm
Rayos gama
Rayos X
Ultravioleta
Espectro Visible
Visible
Frecuencia
Longitud de onda
Infrarrojo
Microondas
Ondas de radio cortas
TV y Radio FM
Radio AM
Ondas de radio largas
700 nm
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Determinación de la constante de Planck
En estas aproximaciones al problema , se
utilizaba como cuerpo negro una cavidad de
paredes reflectoras, con una de ellas movil, como
un pistón.
El trabajo del pistón al moverse en contra de la
presión de la radiación. El incremento de la
frecuencia de la radiación por efecto Doppler. El
incremento de la temperatura del sistema ante un
cambio adiabático del volumen.
Se analizaba
Se trataba de encontrar una expresión analítica
del espectro de emisión del cuerpo negro.
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Determinación de la constante de Planck
Uno de los primeros resultados fue el de Wien
Osciladores atómicos que emitían luz con su
frecuencia propia. La intensidad era proporcional
al número de osciladores.
Las constantes C1 y C2 se podían ajustar para
describir la curva lo mejor posible.
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Determinación de la constante de Planck
1900
Lord Rayleigh hizo un tratamiento más riguroso.
P. N. 1904
Consideró una cavidad cerrada, de paredes
reflectoras.
Entendió que hay entonces ondas estacionarias y
se preguntó
a) Cuántas ondas (por unidad de volumen)
tendrían frecuencia entre ? y ? d??
b) Qué energía tiene cada onda?
Supuso que la energía de a cada modo era igual a
la energía medía del oscilador asociado.
En coordenadas normales, la energía media de un
oscilador, segun la ley de equipartición de
Boltzmann, es kT
1905
Ley de Rayleigh - Jeans
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Determinación de la constante de Planck
Número de modos con frecuencia entre ? y ? d?.
Equipartición de la energía.
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Determinación de la constante de Planck
Planck primero hace un progreso empírico, se da
cuenta de que si pone un -1 en la ley de Wien el
ajuste es perfecto.
Revisa los conceptos utilizados por Lord Rayleigh
y decide que lo que está mal es el cálculo de la
energía media del oscilador (no es aplicable el
principio de equipartición).
Cómo se calcula la energía media del oscilador?
Si tenemos n0 osciladores, cuántos tienen energía
Em?
Segun la estadística de Boltzmann
La energía media del oscilador es
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Determinación de la constante de Planck
Planck supuso Em mu
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Determinación de la constante de Planck
La ley de Planck queda
Para la determinación experimental de h
analizaremos la radiación del cuerpo negro para
una frecuencia fija en función de la temperatura.
Para el experimento usaremos valores de ? y T,
tales que
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Determinación de la constante de Planck
Cuerpo negro. Lámpara 75 W.
220V
Temperatura del filamento.
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Determinación de la constante de Planck
I
V
La corriente inversa es muy pequeña y casi
independiente del voltaje aplicado hasta que se
arriba a un punto de ruptura.
La corriente directa se "enciende" a
aproximadamente 0,5 V para un diodo de Si y puede
llegar a corrientes muy altas a 0,7 V.
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Determinación de la constante de Planck
I
V
Detector de intensidad luminosa diodo polarizado
inversamente
La corriente inversa es proporcional a la
intensidad luminosa.
Amplificador (Lupa)
Experimento casi listo!
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Determinación de la constante de Planck
Sensor diodo polarizado inversamente.
La corriente inversa es proporcional a la
intensidad luminosa.
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Determinación de la constante de Planck
La corriente inversa atraves del fotodiodo varía
linealmente con la iluminancia cuando se trabaja
bien arriba de la corriente oscura.
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Amplificador de Corriente a Voltaje
Determinación de la constante de Planck
  El circuito convierte pequeñas corrientes en
voltajes proporcionales   Vo - Rf Iin  
 
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Determinación de la constante de Planck
i
Caja negra
?
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Determinación de la constante de Planck
Características del diodo BP104
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(No Transcript)